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先進(jìn)封裝技術(shù)中有哪三大技術(shù)優(yōu)勢(shì)?詳細(xì)介紹

合明科技 ?? 2756 Tags:FlipChip晶圓級(jí)封裝2.5D封裝


一、先進(jìn)封裝技術(shù)


Flip-Chip & Bumping


FlipChip指的是芯片倒裝,以往的封裝技術(shù)都是將芯片的有源區(qū)面朝上,背對(duì)基板和貼后鍵合。而FlipChip則將芯片有源區(qū)面對(duì)著基板,通過(guò)芯片上呈陣列排列的焊料凸點(diǎn)(Bumping)實(shí)現(xiàn)芯片與襯底的互聯(lián)。硅片直接以倒扣方式安裝到PCB從硅片向四周引出I/O,互聯(lián)長(zhǎng)度大大縮短,減小了RC(Resistance-Capacitance)延遲,有效的提高了電性能。
FlipChip的優(yōu)勢(shì)主要在于以下幾點(diǎn):小尺寸,功能增強(qiáng)(增加I/O數(shù)量),性能增強(qiáng)(互聯(lián)短),提高了可靠性(倒裝芯片可減少2/3的互聯(lián)引腳數(shù)),提高了散熱能力(芯片背面可以有效進(jìn)行冷卻)。
▼倒裝芯片晶體貼裝技術(shù)


image.png

?Bumping是一種新型的芯片與基板間電氣互聯(lián)的方式。


可以通過(guò)小的球形導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn),這種導(dǎo)電球體被稱為Bump,制作導(dǎo)電球這一工序被稱為Bumping。當(dāng)粘有Bump的晶粒被倒臵(Flip-Chip)并與基板對(duì)齊時(shí),晶粒便很容易的實(shí)現(xiàn)了與基板Pad(觸墊)的連接。相比傳統(tǒng)的引線連接,F(xiàn)lip-Chip有著諸多的優(yōu)勢(shì),比如更小的封裝尺寸與更快的器件速度。
 ▼焊球端子和柱式端子


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?FlipChip的關(guān)鍵一步是Bumping,可以通過(guò)在晶圓上制作外延材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。


當(dāng)芯片制作工序完成后,制造UBM(Underbumpmetallization)觸墊將被用于實(shí)現(xiàn)芯片和電路的連接,Bump也會(huì)被淀積與觸點(diǎn)之上。焊錫球(Solderball)是最常見(jiàn)的Bumping材料,但是根據(jù)不同的需求,金、銀、銅、鈷也是不錯(cuò)的選擇。對(duì)于高密度的互聯(lián)及細(xì)間距的應(yīng)用,銅柱是一種新型的材料。焊錫球在連接的時(shí)候會(huì)擴(kuò)散變形,而銅柱會(huì)很好的保持其原始形態(tài),這也是銅柱能用于更密集封裝的原因。
? FlipChip產(chǎn)品對(duì)應(yīng)不同bumping類型增長(zhǎng)速度不一。
根據(jù)Yole預(yù)測(cè),采用倒裝芯片技術(shù)的集成電路出貨量將保持穩(wěn)定增長(zhǎng),預(yù)計(jì)產(chǎn)能將以9.8%的復(fù)合年增長(zhǎng)率擴(kuò)張,從2014年的約合1600萬(wàn)片12寸晶圓增長(zhǎng)到2020年的2800萬(wàn)片。終端應(yīng)用主要為計(jì)算類芯片,如臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的CPU、GPU和芯片組應(yīng)用等。
?其中鍍金晶圓凸點(diǎn)(Au-platedwaferbumping)將穩(wěn)定增長(zhǎng),由于IC顯示驅(qū)動(dòng)器(4K2K超高清電視和高清晰度、大屏幕平板電腦和智能手機(jī))的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。預(yù)計(jì)產(chǎn)能將以4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率擴(kuò)大,從2014年的430萬(wàn)片增長(zhǎng)到2020年的540萬(wàn)片。
?金釘頭凸點(diǎn)(Austudbumping)產(chǎn)能將略有下滑,從2014年的30.4萬(wàn)片降到2020年的29.3萬(wàn)片,主要原因是射頻器件從倒裝芯片轉(zhuǎn)移至晶圓級(jí)芯片尺寸封裝(WLCSP)。但是,新興應(yīng)用的需求將增加,如CMOS圖像傳感器模組、高亮度LED等。
?中道封裝技術(shù)需求增長(zhǎng),將帶來(lái)行業(yè)上下游的跨界競(jìng)爭(zhēng)。針對(duì)3DIC和2.5D中介層平臺(tái)的“中端工藝(middleend-process)”基礎(chǔ)設(shè)施的出現(xiàn)將使Fab和IDM受益,并在較小程度上分給OSAT。2.5D中介層平臺(tái)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生價(jià)值的轉(zhuǎn)移,從襯底供應(yīng)商轉(zhuǎn)向前端代工廠。


二、先進(jìn)封裝優(yōu)勢(shì)

先進(jìn)封裝提高加工效率,提高設(shè)計(jì)效率,減少設(shè)計(jì)成本。


先進(jìn)封裝主要包括倒裝類(FlipChip,Bumping),晶圓級(jí)封裝(WLCSP,F(xiàn)OWLP,PLP),2.5D封裝(Interposer)和3D封裝(TSV)等。以晶圓級(jí)封裝為例,產(chǎn)品生產(chǎn)以圓片形式批量生產(chǎn),可以利用現(xiàn)有的晶圓制備設(shè)備,封裝設(shè)計(jì)可以與芯片設(shè)計(jì)一次進(jìn)行。這將縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期,降低成本。
先進(jìn)封裝提高封裝效率,降低產(chǎn)品成本。
隨著后摩爾定律時(shí)代的到來(lái),傳統(tǒng)封裝已經(jīng)不再能滿足需求。傳統(tǒng)封裝的封裝效率(裸芯面積/基板面積)較低,存在很大改良的空間。芯片制程受限的情況下,改進(jìn)封裝便是另一條出路。舉例來(lái)說(shuō),QFP封裝效率最高為30%,那么70%的面積將被浪費(fèi)。DIP、BGA浪費(fèi)的面積會(huì)更多。
先進(jìn)封裝以更高效率、更低成本、更好性能為驅(qū)動(dòng)。
先進(jìn)封裝技術(shù)于上世紀(jì)90年代出現(xiàn),通過(guò)以點(diǎn)帶線的方式實(shí)現(xiàn)電氣互聯(lián),實(shí)現(xiàn)更高密度的集成,大大減小了對(duì)面積的浪費(fèi)。SiP技術(shù)及PoP技術(shù)奠定了先進(jìn)封裝時(shí)代的開(kāi)局,2D集成技術(shù),如WaferLevelPackaging(WLP,晶圓級(jí)封裝),F(xiàn)lip-Chip(倒晶),以及3D封裝技術(shù),ThroughSiliconVia(硅通孔,TSV)等技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步縮小芯片間的連接距離,提高元器件的反應(yīng)速度,未來(lái)將繼續(xù)推進(jìn)著先進(jìn)封裝發(fā)展的腳步。


三、先進(jìn)芯片封裝清洗:

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等,這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹(shù)脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來(lái)而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹(shù)脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開(kāi)路失效,因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。


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